用于結(jié)構(gòu)應(yīng)用的新型再生鑄造鋁合金的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于結(jié)構(gòu)應(yīng)用的新型再生鑄造鋁合金?？梢澡T造成結(jié)構(gòu)組件的鋁合金，其中至少一部分用于制造該合金的原材料來(lái)自于再生來(lái)源。除了作為主要成分的鋁之外，該合金還包含5至14%的硅、0至1.5%的銅、0.2至0.55%的鎂、0.2至1.2%的鐵、0.1至0.6%的錳、0至0.5%的鎳、0至0.8%的鋅、0至0.2%的選自基本由鈦、鋯、釩、鉬和鈷組成的組的其它痕量元素。在一種優(yōu)選形式中，大部分鋁來(lái)自于再生來(lái)源。還公開了分析再生鋁合金以確定其成分組成的方法，如作為在該合金超出針對(duì)其初生來(lái)源對(duì)應(yīng)物進(jìn)行測(cè)量時(shí)的容限的情況下調(diào)節(jié)該合金的成分組成的方法。
【專利說(shuō)明】
用于結(jié)構(gòu)應(yīng)用的新型再生鑄造鋁合金
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及具有改進(jìn)的鑄造品質(zhì)和機(jī)械性質(zhì)以便于將所述合金鑄造成可加工制品如發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體(engine block)、氣缸蓋和用于汽車以及利用此類合金中的可控機(jī)械性質(zhì)的其它工業(yè)應(yīng)用的傳動(dòng)構(gòu)件的可熱處理的再生鋁合金。
【背景技術(shù)】
[0002]
在汽車和其它行業(yè)中的結(jié)構(gòu)應(yīng)用中最常用的鑄造鋁合金包括但不限于Al-Si系合金，如200和300系列鋁合金，其中包含硅(Si)主要用于改進(jìn)的可鑄性和機(jī)械加工性。至少有幾種尤其可用于形成發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體和氣缸蓋的常用鋁合金(即319、354和380)受制于固有的縮松問(wèn)題，這主要是由于存在痕量污染物或合金成分，尤其例如提高強(qiáng)度的銅(Cu)、鎂(Mg)或錳(Mn)。通常用于熱處理且特別用于固溶熱處理的已知方法不能溶解現(xiàn)有商業(yè)合金如319和380中的所有的Cu用于后繼時(shí)效強(qiáng)化步驟。當(dāng)原料是由再循環(huán)或回收原材料如鋁罐、飛機(jī)、汽車、城市垃圾、夷平建筑等等制成的再生鋁(在本文中也稱為“再次生產(chǎn)”
(secondary product1n)、“再生合金”等等)時(shí)，這一問(wèn)題--在初生招合金中已然相當(dāng)突出一一更為嚴(yán)重，其中許多這些回收物品的來(lái)源材料通常包含許多不同類型的鋁合金的混合物，各自具有不同量的Cu、Mn、Mg和其它金屬(尤其如鋅(Zn)或鐵(Fe))。其中，提高的Fe和其它外來(lái)雜質(zhì)(tramp material)的存在因它們形成降低合金給料能力和降低合金延性以及降低耐腐蝕性的復(fù)雜金屬間化合物的趨勢(shì)而特別成問(wèn)題。例如，盡管在初生合金中可以以高至約0.2重量％的量包含痕量的鐵(固有地，或通過(guò)設(shè)計(jì)作為幫助避免模具粘連或粘模(soldering)的手段)，取自再生原料的更大的量可能會(huì)污染該合金，使得由此類合金制成的組件達(dá)不到熱、機(jī)械或相關(guān)組件設(shè)計(jì)要求。
[0003]因此，分離再生鋁合金來(lái)源以確保合理程度的構(gòu)成材料均勻性或可預(yù)測(cè)性是困難或昂貴的。同時(shí)，對(duì)復(fù)雜組件如發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體或氣缸蓋的設(shè)計(jì)者而言困難的是用這樣的材料加工。即使該構(gòu)成成分的精確比例是設(shè)計(jì)者已知的，提高量的上述成分的存在可能使其難以在鑄造的組件上進(jìn)行二次操作(如熱處理、附加合金化等等)以便在最終的鑄造組件中實(shí)現(xiàn)期望的機(jī)械性質(zhì)和低殘余應(yīng)力。
[0004]此外，鑄造后(post-casting)操作的采用可取決于所用的鑄造方法的類型。例如，固溶熱處理(其使用相對(duì)高的鑄造后溫度)由于來(lái)自高壓壓鑄(HPDC，也稱為加壓模鑄，或更簡(jiǎn)單地稱為壓鑄)操作中固有的夾帶空氣形成泡孔而可能難以與高壓壓鑄協(xié)調(diào)。同樣，因?yàn)檫@些再生鋁合金具有高收縮傾向，并且特別由于在鑄造過(guò)程中非常低的凝固速率，某些熔模鑄造、砂模鑄造或重力鑄造可能在用市售再生鋁合金如319或354實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)方面遭遇挑戰(zhàn)。因?yàn)椴捎描T造往往在經(jīng)濟(jì)上不可行，不存在某些形式的使用永久(例如金屬)或不可重復(fù)使用的(例如消失模)模具的大批量生產(chǎn)技術(shù)，再生原材料的任何使用還必須與可能需要的二次操作相容。
[0005]盡管存在與使用再生鋁基材料相關(guān)的這些困難，它們?cè)诖笠?guī)模生產(chǎn)活動(dòng)(如通常與汽車組件且特別與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體和氣缸蓋相關(guān)的那些)中的使用由于再循環(huán)鋁相對(duì)于來(lái)自可比的初生材料來(lái)源明顯更低的原材料成本而變得合理。事實(shí)上，成本問(wèn)題，以及盡量減少對(duì)自然來(lái)源的消耗和利用大量目前可用的鋁回收基礎(chǔ)設(shè)施的期望可能令汽車制造商和其它大規(guī)模用戶追求使用基于這些合金的再生組件。為此，需要改進(jìn)的可鑄再生鋁合金，其適于砂模和金屬模鑄造，并可以制造具有可能改進(jìn)的用于結(jié)構(gòu)應(yīng)用的合金強(qiáng)度的高品質(zhì)鑄件(具有降低的孔隙率)。還需要一種方法以確定該再生合金的組成，包括準(zhǔn)確測(cè)定預(yù)期用于這樣的鑄造操作的合金中的污染物的存在、適當(dāng)?shù)暮辖鸪煞值鹊取?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，公開了至少部分由再生鋁制得的鋁合金。該合金可以含有至少一種可鑄性和強(qiáng)度增強(qiáng)元素如S1、Cu、Mg、Mn、Fe、Zn和鎳(Ni)。該合金的微結(jié)構(gòu)由一種或多種不溶性凝固和/或沉淀的含有至少一種合金元素的粒子組成。在一種形式中，該合金可以包含按重量計(jì)大約5至14%的S1、O至1.5%的Cu、大約0.2至0.55%的Mg、0.2-1.2%的Fe、0.1至0.6%的Mn、O至0.5%的N1、O至0.8%的Zn和O至0.2%的其它痕量元素如鈦(Ti)、鋯(Zr)、釩(V)、鉬(Mo)和鈷(Co)，以及余量的鋁。
[0007]還可以根據(jù)由該合金制成的最終用途組件的性能要求調(diào)節(jié)該合金原材料成分組成范圍。例如，要求高延性和/或高疲勞強(qiáng)度的應(yīng)用可以包含按重量計(jì)大約5至8%的S1、0至1.0%的Cu、0.2至0.4%的Mg、不超過(guò)大約0.4%的Fe、O至0.2%的Mn、O至0.2%的N1、和O至0.3%的Zn以及前述的痕量元素?？赡苄枰@樣的高延性/高疲勞強(qiáng)度的組件的實(shí)例包括氣缸蓋、懸架部件、鋁輪轂和沖擊塔。同樣地，對(duì)于高抗張強(qiáng)度應(yīng)用而言，該合金可以包含按重量計(jì)大約8至14%的S1、1.0至1.5%的Cu、0.4至0.55%的Mg、不超過(guò)大約0.8%的Fe、0至0.3%的Μη、0至0.5%的Ni和O至0.5%的Zn以及前述痕量元素?？赡苄枰摳呖箯垙?qiáng)度合金的代表性汽車組件可以包括發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體、發(fā)動(dòng)機(jī)底板(bed plate)、高壓油栗、控制臂等等。此外，對(duì)僅施以沉淀(人工時(shí)效)T5時(shí)效過(guò)程的鑄件(特別是高壓壓鑄(HPDC))來(lái)說(shuō)，Cu和Mg的含量應(yīng)保持較低，優(yōu)選對(duì)Cu而言低于大約0.5%且對(duì)Mg而言低于大約0.2%?？梢杂蒆PDC或其中可不使用固溶熱處理的相關(guān)操作制成的組件包括發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體、變速箱外殼、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、油底殼(ο i Ipan)、變速箱離合器殼體等等。在另一種形式中，由于受控凝固和熱處理改進(jìn)了微結(jié)構(gòu)均勻性和細(xì)化，并對(duì)特定鑄造條件提供了最佳的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，該合金可以使用優(yōu)選含量小于0.015重量％的鍶(Sr)來(lái)改性，并可以用相應(yīng)濃度分別為大約0.005重量%或大約0.15重量％的硼(B)或前述的Ti來(lái)進(jìn)一步晶粒細(xì)化。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開了形成鑄造汽車組件的方法。該方法包括加熱(例如在爐中)一定量的原材料至足以通過(guò)在模具中鑄造其以形成物件的量，隨后將其冷卻直至其凝固成模具所限定的形狀。該材料包含至少一部分再生鋁，并且還可以包含其它再生前體成分。熔融材料由(按重量計(jì))大約5至14%的硅、O至1.5%的銅、0.2至0.55%的鎂、0.2至1.2%的鐵、0.1至0.6%的錳、O至0.5%的鎳、O至0.8%的鋅、O至0.2%的選自基本由鈦、錯(cuò)、銀、鉬和鈷組成的組的其它痕量元素，以及余量的鋁組成。在一種優(yōu)選形式中，熔融的原材料可以過(guò)熱(例如高至1000°C下15至30分鐘);這可能有助于完全破壞金屬熔體中的原子團(tuán)簇和遺傳。以這種方式，抵消了可能在液體金屬中帶來(lái)所有類型的元素和相分離的再循環(huán)金屬的影響(這是再生鋁的要點(diǎn))。例如，由于再生鋁合金通常由再循環(huán)的鋁廢料再生產(chǎn)，當(dāng)首次再生產(chǎn)該再生合金時(shí)，需要過(guò)熱來(lái)破壞這些鋁廢料的所有在先歷史。過(guò)熱的優(yōu)點(diǎn)不僅在于使該合金元素在材料中均勻，還確保舊材料的遺傳信息或特征并未保留在新制得的合金中。由此，再加熱減少了微結(jié)構(gòu)中具有更高體積分?jǐn)?shù)的一種或多種相的可能性，并減少了微結(jié)構(gòu)不均勻性的發(fā)生，即使在總體合金組成仍滿足合金規(guī)格的情況下。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，公開了驗(yàn)證鋁合金的鑄造品質(zhì)的方法。如上所述，當(dāng)用于制造合金的原材料來(lái)自于再循環(huán)和相關(guān)的二次來(lái)源時(shí)，鋁合金中提高的Fe含量通常難以避免。因此，重要的是能夠確定當(dāng)存在大于大約0.2重量量時(shí)，使得在由此類再生鋁合金生成鑄件之前可以采取糾正措施。根據(jù)本方法的一種此類糾正措施是添加調(diào)節(jié)物料(adjustment stock)如初級(jí)再循環(huán)合金或預(yù)先制得的母合金(通常為簡(jiǎn)單的二元合金錠形式，如Al-50%的S1、Al-50%的Mg、Al-50%的Cu等等)。根據(jù)本文中討論的驗(yàn)證方法，對(duì)類似污染物可以采取此類糾正措施。在一種形式中，本方法包括接收再生鋁合金的樣品，并隨后生成對(duì)應(yīng)于樣品中相關(guān)位置的微結(jié)構(gòu)圖像，接著測(cè)量該圖像中的一種或多種標(biāo)記(indicia)，以使得此類標(biāo)記(如Fe金屬間相體積分?jǐn)?shù))可以與該合金中的至少合金成分或至少一種污染物的存在相互關(guān)聯(lián)。在一種形式中，可以使用采用電感耦合等離子體(ICP，其也稱為電感耦合等離子體質(zhì)譜法，ICP-MS)的常規(guī)化學(xué)分析。同樣，金相技術(shù)，包括使用圖像分析(IA)系統(tǒng)的那些(其通常用于微結(jié)構(gòu)(相)觀察)可用于幫助確定合金元素、痕量元素、污染物等等的存在。可以使用的另一種合金或相組成分析方法是配備在掃描電子顯微鏡(SEM)中的所謂的能量色散X射線光譜法(EDX)，其中一束電子、質(zhì)子或X射線激發(fā)被分析的材料的電子，由此在材料中的電子被移動(dòng)時(shí)激發(fā)X射線的發(fā)射。隨后通過(guò)能量色散光譜儀測(cè)量發(fā)射的X射線作為測(cè)量和關(guān)聯(lián)發(fā)射它們的材料的原子結(jié)構(gòu)的手段。
[0010]因此，本發(fā)明公開了以下技術(shù)方案:
1.基本由按重量計(jì)大約5至14%的硅、O至1.5%的銅、0.2至0.55%的鎂、0.2至1.2%的鐵、0.1至0.6%的錳、O至0.5%的鎳、O至0.8%的鋅、O至0.2%的選自基本由鈦、錯(cuò)、銀、鉬和鈷組成的組的其它痕量元素和余量的鋁的原材料組成的鋁合金，其中至少一部分的所述余量的鋁包含再生鋁。
2.方案I的鋁合金，其中至少大部分的所述余量的鋁包含再生鋁。
3.方案I的鋁合金，其中基本全部的所述余量的鋁包含再生鋁。
4.方案I的鋁合金，其中所述硅為按重量計(jì)大約5至8%，所述銅為按重量計(jì)大約O至
1.0%，所述鎂為按重量計(jì)大約0.2至0.4%，所述鐵為按重量計(jì)不超過(guò)大約0.4%，所述錳為按重量計(jì)大約O至0.2%，所述鎳為按重量計(jì)大約O至0.2%并且所述鋅為按重量計(jì)大約O至0.3%。
5.方案I的鋁合金，其中所述硅為按重量計(jì)大約8至14%，所述銅為按重量計(jì)大約1.0至1.5%，所述鎂為按重量計(jì)大約0.4至0.55%，所述鐵為按重量計(jì)不超過(guò)大約0.8%，所述錳為按重量計(jì)大約O至0.3%，所述鎳為按重量計(jì)大約O至0.5%并且所述鋅為按重量計(jì)大約O至0.5%。
6.方案I的鋁合金，其中所述銅和所述鎂按重量計(jì)分別低于大約0.5%和0.2%。
7.形成鑄造汽車組件的方法，所述方法包括:
加熱一定量的原材料，其至少一部分包含再生原材料，直到其至少相當(dāng)大部分熔融以變成按重量計(jì)大約5至14%的硅、O至1.5%的銅、0.2至0.55%的鎂、0.2至1.2%的鐵、0.1至0.6%的錳、O至0.5%的鎳、?至0.8%的鋅、O至0.2%的選自基本由鈦、鋯、釩、鉬和鈷組成的組的其它痕量元素和余量的招;
將所述加熱量的原材料置于基本限定所述組件的形狀的模具中；和
冷卻所述熔融量的原材料。
8.方案7的方法，進(jìn)一步包括:
確定是否存在至少一種合金成分在容限內(nèi)；和
調(diào)節(jié)至少一種在所述容限之外的所述合金成分的量。
9.方案7的方法，其中所述組件選自發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體和氣缸蓋。
10.方案9的方法，其中所述鋁合金包含高延性合金或高疲勞強(qiáng)度合金的至少一種，其中所述硅為按重量計(jì)大約5至8%，所述銅為按重量計(jì)大約O至1.0%，所述鎂為按重量計(jì)大約0.2至0.4%，所述鐵為按重量計(jì)不超過(guò)大約0.4%，所述錳為按重量計(jì)大約O至0.2%，所述鎳為按重量計(jì)大約O至0.2%并且所述鋅為按重量計(jì)大約O至0.3%。
11.方案9的方法，其中所述鋁合金包含高抗張強(qiáng)度合金，其中所述硅為按重量計(jì)大約8至14%，所述銅為按重量計(jì)大約1.0至1.5%，所述鎂為按重量計(jì)大約0.4至0.55%，所述鐵為按重量計(jì)不超過(guò)大約0.8%，所述錳為按重量計(jì)大約O至0.3%，所述鎳為按重量計(jì)大約O至0.5%并且所述鋅為按重量計(jì)大約O至0.5%。
12.方案9的方法，其中所述鋁合金包含高壓壓鑄合金，其中所述銅和所述鎂按重量計(jì)分別低于大約0.5%和0.2%。
13.方案7的方法，其中至少大部分的所述余量的鋁包含再生鋁。
14.方案7的方法，其中所述模具選自砂模、消失模、壓鑄模、永久(重力)?；蚱浣M合。
15.方案7的方法，其中所述加熱在爐中進(jìn)行，所述冷卻在模具中進(jìn)行。
16.方案7的方法，其中所述加熱包括過(guò)熱以基本消除可能存在于所述加熱量的原材料中的任何殘余原子團(tuán)簇。
17.驗(yàn)證鋁合金的鑄造品質(zhì)的方法，所述方法包括:
接收所述鋁合金的樣品，其至少一部分包含再生原材料；
生成對(duì)應(yīng)于所述樣品中相關(guān)位置的微結(jié)構(gòu)圖像；
測(cè)量所述圖像中的至少一種標(biāo)記;和
將所述標(biāo)記與所述合金中的至少合金成分或至少一種污染物的存在相互關(guān)聯(lián)。
18.方案17的方法，其中所述接收、生成和測(cè)量的至少一種包括進(jìn)行金相分析。
19.方案18的方法，其中所述金相分析通過(guò)微結(jié)構(gòu)圖像分析系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行，所述系統(tǒng)具有在其中編程的至少一種算法以測(cè)量至少一個(gè)相分?jǐn)?shù)。
20.方案17的方法，其中所述至少一部分的所述再生原材料包含按重量計(jì)為大部分的再生鋁。
21.方案17的方法，其中所述鋁合金基本由按重量計(jì)大約5至14%的硅、O至1.5%的銅、0.2至0.55%的鎂、0.2至1.2%的鐵、0.1至0.6%的錳、O至0.5%的鎳、O至0.8%的鋅、O至0.2%的選自基本由鈦、錯(cuò)、鑰^、鉬和鈷組成的組的其它痕量元素，以及余量的招組成O
22.方案17的方法，其中所述標(biāo)記包括鐵金屬間相體積分?jǐn)?shù)。
【附圖說(shuō)明】
[0011]
在結(jié)合以下附圖閱讀時(shí)能夠最好地理解本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的以下詳細(xì)描述，在附圖中，相同的結(jié)構(gòu)用相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示，其中:
圖1顯示了概念性的內(nèi)燃機(jī)用發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體，其可以用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的材料和鑄造方法來(lái)制得；
圖2A和2B分別顯示了新型再生鑄造鋁合金的計(jì)算相圖，其顯示出隨Cu含量而改變的相變，以及剩余的含Cu相，對(duì)于319合金的長(zhǎng)的固溶處理步驟；
圖3顯示了含有2%的Cu的鑄造鋁合金的計(jì)算相圖，顯示出隨Mg含量而改變的相變；
圖4顯示了含有0.5%的Cu的鑄造鋁合金的計(jì)算相圖，顯示出隨Mg含量而改變的相變；
圖5顯示了通過(guò)圖像分析測(cè)得的孔隙量(porosity content)vs合金中的Cu量；
圖6A至6D顯示了具有不同Mg添加量的Al-13%S1-0.020%Sr合金的共晶生長(zhǎng)形貌的宏觀照片；
圖7A和7B顯不了圖6A至6D的合金的不具有枝晶分支的共晶體微細(xì)等軸晶粒的兩種不同放大倍數(shù)的顯微照片；
圖8A和8B顯示了收縮樣品的橫截面圖以及在低Zn(0.1%)與高Zn(0.8%)319合金之間在收縮樣品中測(cè)得的總收縮率的比較；
圖9A至9C顯示了 Zn含量分別對(duì)319合金的比熱、密度和表面張力的影響；
圖10顯示了Zn對(duì)319合金的砂模鑄件的縮孔(shrinkage)和砂芯氣體(core gas)缺陷的影響；
圖1lA和IlB顯示了Zn含量對(duì)隨Zn而改變的使用螺旋型流動(dòng)性(spiral fluidity)樣品和實(shí)測(cè)流動(dòng)性樣品長(zhǎng)度的319合金的流動(dòng)性的影響；以及
圖12顯示了可用于量化根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的再生鋁合金中構(gòu)成材料的圖像分析器。
【具體實(shí)施方式】
[0012]
首先參照?qǐng)D1，顯示了四缸汽車內(nèi)燃機(jī)氣缸體100的簡(jiǎn)化視圖。該氣缸體(block)lOO除了其它部分之外還包括曲軸箱110、曲軸軸承120、凸輪軸軸承130(在具有頂置氣門和推桿的發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下)、水冷夾套140、飛輪殼150和氣缸膛孔160的部分。這些鏜孔160可以包括合金化表面層(未顯示)，其與各鏜孔160的基底整體成型，或作為尺寸適于牢固安裝于其中的單獨(dú)的插入件或套管成型。氣缸體100優(yōu)選由本文中討論的再生鋁合金鑄造，其中該合金優(yōu)選是Al-Si鑄造合金(如合金319、354、356、360、380和390)。在一種優(yōu)選形式中，由再生鋁合金原材料制成的氣缸體100的機(jī)械性質(zhì)(如強(qiáng)化、延性、抗疲勞性等等)的提高通過(guò)鑄造后熱處理來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一種特殊形式中，為了表現(xiàn)添加強(qiáng)化元素的益處，鑄件(如氣缸體100)必須經(jīng)受優(yōu)化的固溶處理和時(shí)效硬化。否則，該益處是最小的，并且反而對(duì)鑄造品質(zhì)造成不利的影響。
[0013]改進(jìn)的合金強(qiáng)化
接下來(lái)參照?qǐng)D2A和2B并基于由熱力學(xué)模型的計(jì)算，必須特別注意具有由高Cu含量的再生原材料(例如含有3-4重量%的Cu的319或380合金)制成的鑄件(如圖1的氣缸體100)，因?yàn)樗鼈內(nèi)菀装l(fā)生收縮和腐蝕。在此類情況下，常規(guī)固溶處理溫度必須保持低于大約500°C，通常低于490°C以避免初熔。結(jié)果，并非所有存在于該合金中的Cu均溶解到所述固溶體中，SP使采用非常長(zhǎng)的固溶處理時(shí)間(例如高達(dá)約20小時(shí))。如特別在圖2B中所示，319合金中的含Cu相即使在495°C下熱處理24小時(shí)后仍然保留。
[0014]事實(shí)上，可能僅有大約1.5至2%的Cu溶解在該鋁固溶體中，因?yàn)镃u在鑄態(tài)下的溶解度非常低；當(dāng)鑄件在凝固后緩慢冷卻時(shí)，該值接近于零。此外，初熔問(wèn)題阻止了固溶體溫度進(jìn)一步提高超過(guò)上述數(shù)值。此外，大部分存在的Cu在凝固過(guò)程中與Fe和其它元素結(jié)合，形成在其中鑄造組件不經(jīng)歷高溫固溶處理的情況下不具有時(shí)效響應(yīng)的金屬間相。因此，對(duì)于僅施以T5時(shí)效過(guò)程的鑄件(如HPDC制得的組件)而言，Cu含量應(yīng)當(dāng)保持較低，優(yōu)選低于0.5%，以使得所有Cu添加在凝固后保留在Al固溶體中。同樣，在對(duì)該合金施以充分熱處理(T6或T7)的情況下，該Cu含量可以提高至高達(dá)2重量％。此外，優(yōu)選的是控制Cu含量低于1.5重量％，并且對(duì)耐腐蝕應(yīng)用而言甚至低于1.0%，因?yàn)樵摵珻u再生合金的固溶處理溫度通常低于500°C。降低的Cu含量還顯著降低了該合金的凝固范圍，并由此降低了合金的收縮傾向，這也是有利的，如下文中將要討論的那樣。需要耐腐蝕合金的組件的實(shí)例包括變速箱外殼、油底殼、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、輪轂、水栗和油栗、以及船用發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)組件。
[00?5]由于Cu、Mg通過(guò)與Si結(jié)合形成Mg/Si沉淀物如β’ ’、β’和平衡態(tài)Mg2Si相來(lái)充當(dāng)硬化溶質(zhì)，其中實(shí)際沉淀物類型、量和尺寸取決于時(shí)效條件。時(shí)效不足往往形成可剪切的β’’沉淀物，而在峰值和過(guò)度時(shí)效條件下，形成不可剪切的β’和平衡態(tài)Mg2Si相。Cu可以與Al、Si和18結(jié)合以形成許多亞穩(wěn)定的沉淀相，如9’41(:11、04101、和0413丨1%(:11。類似于1^/3丨沉淀物，含Cu沉淀物的實(shí)際類型、尺寸和量取決于時(shí)效條件和合金組成。在鋁合金中，Cu或Mg沉淀物造成的強(qiáng)化優(yōu)于單獨(dú)的Si造成的強(qiáng)化。
[0016]盡管Mg是用于200°C以下、優(yōu)選150°C以下的結(jié)構(gòu)應(yīng)用的Al-Si合金中非常有效的強(qiáng)化元素，其益處直到對(duì)該鑄件施以適當(dāng)?shù)墓倘芴幚砗蜁r(shí)效硬化時(shí)才會(huì)顯露。接著參照?qǐng)D3和4，類似于Cu，在鑄態(tài)Al基質(zhì)中的Mg溶解度也非常低，特別是當(dāng)該鑄件在凝固過(guò)程中非常緩慢地冷卻時(shí)，如在砂模鑄造過(guò)程中所發(fā)生的那樣。結(jié)果，在沒(méi)有固溶熱處理的情況下將不會(huì)預(yù)期Mg/Si沉淀物造成的強(qiáng)化/硬化。與Cu—樣，對(duì)僅施以T5時(shí)效過(guò)程的鑄件來(lái)說(shuō)，Mg含量應(yīng)保持較低，在這種情況下低于0.2%，而在對(duì)該鑄件施以充分熱處理(T6或T7)的情況下，Mg含量可以提高至高達(dá)0.55重量％。顯著地，最佳Mg添加量取決于該合金中的Cu含量，以及要使用的固溶處理周期。例如，當(dāng)Cu含量為大約2%時(shí)，安全的固溶處理溫度為大約500°C。特別如圖3中所示那樣，Mg在500°C下的最大溶解度為大約0.35%。還要注意的是，當(dāng)Mg含量高于0.4%時(shí)，J1-Al8FeMg3Si6相開始形成。當(dāng)Cu含量降低至0.5%時(shí)，安全的固溶處理溫度可以高至520°C，或甚至530°C，由此能夠?qū)g的最大溶解度提高至0.5%，特別如圖4中所示。當(dāng)Mg增加超過(guò)0.5%時(shí)，形成顯著量的Al8FeMg3Sidg，其難以溶解，即使采用在540°C下的更高固溶處理一段長(zhǎng)的時(shí)間，如50小時(shí)。
[0017]改進(jìn)的合金可鑄性
除了先前討論過(guò)的合金強(qiáng)化改進(jìn)，添加Cu顯著降低了該合金的熔點(diǎn)和共晶溫度。因此，Cu添加提高了該合金的凝固范圍(solidificat1n freezing range)，并有利于孔隙形成的條件。凝固和在凝固過(guò)程中在Al-S1-Cu-Mg再生鑄造合金中形成富Cu相的次序可以描述如下: (i)在低于610°C的溫度下形成初級(jí)α-鋁枝狀網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致剩余液體中Si和Cu濃度的單調(diào)升尚O
(ii)在大約560°C(Al-Si共晶溫度)下，形成Si和α-Al的共晶混合物，導(dǎo)致剩余液體中Cu含量的進(jìn)一步升高。
(iii)在大約540°C下，形成Mg2Si和Al8Mg3FeSi6t3但是，當(dāng)Cu含量大于1.5%時(shí)，對(duì)于含有0.4重量%的1%的合金而言將不會(huì)形成Mg2Si相(這顯示在圖2中)。
(iv)在大約525°C下，該共晶(有時(shí)稱為“塊體”或“塊狀”)CuA12相與P-Al5FeSi薄片一起在枝晶間區(qū)域中形成。
(V)在大約507°C下，形成CuAl2與散布的α-Al的共晶體。在Mg的存在下，在該溫度下還形成了Q相(Al5Mg8Cu2Si6),通常具有超細(xì)的共晶結(jié)構(gòu)。通過(guò)Sr的存在提高了形成塊狀CuAl2相的傾向。
[0018]無(wú)Cu合金(如Α356)在大約60°C的相對(duì)狹窄的溫度范圍內(nèi)凝固，并含有接近50%的共晶液。由此，進(jìn)料最后的共晶液以便凝固相對(duì)容易，并且孔隙率水平通常非常低。在含Cu合金(如319和A380)的情況下，Cu將凝固范圍擴(kuò)展至大約105°C，并且二元共晶體的分?jǐn)?shù)顯然低于無(wú)Cu合金中，由此使得形成縮松的可能性大得多。
[0019]接下來(lái)參照?qǐng)D5，顯示了對(duì)于不同Cu含量的孔隙量(如用圖像分析測(cè)得的那樣)。顯然，Cu含量對(duì)特定合金(例如Sr改性的Al-7%S1-Cu-0.4%Mg合金)中微孔隙率的影響表明，當(dāng)Cu含量提高超過(guò)0.2%時(shí)，發(fā)生孔隙量的劇增，而在1%的Cu含量下的孔隙量類似于在含有3%和4%的Cu的合金中在可比枝晶臂間距(DAS)下測(cè)得的孔隙量，表明孔隙率在高于1%的Cu含量下傾向于飽和。因此，重要的是確定再生鋁合金的Cu含量在怎樣的程度下使得原材料改變以控制Cu含量低于I重量％，更優(yōu)選低于0.5%以盡量減少Cu對(duì)該合金收縮的傾向的有害影響。
[0020]如Cu那樣，Si賦予鑄造鋁合金若干優(yōu)點(diǎn)，其大部分在與改性無(wú)關(guān)的情況下應(yīng)用。硅的第一和可能最重要的益處在于其減少了與熔體凝固相關(guān)的收縮的量。這是因?yàn)楣腆w硅(其具有非密堆積晶體結(jié)構(gòu))不如該固體硅從其中沉淀的Al-Si液態(tài)溶液那么致密。人們普遍認(rèn)為，收縮幾乎與硅含量成正比地降低，在25%的Si下達(dá)到零。共晶體的收縮對(duì)于亞共晶合金的可鑄性是重要的，因?yàn)楣倘荏w中的Si實(shí)際上提高了初級(jí)α-Al枝晶的密度，并因此略微提高了收縮。α-Al的收縮率為大約7%，但是在進(jìn)料容易的同時(shí)發(fā)生這種情況;當(dāng)進(jìn)料更困難時(shí)，該共晶體在后面的階段中凝固，并且據(jù)報(bào)道具有大約4%的收縮率。至于收縮缺陷，該共晶合金比亞共晶合金更可鑄造。
[0021]與Si相關(guān)的第二益處涉及其高熔化潛熱。人們通常認(rèn)為，Si導(dǎo)致鑄造鋁合金中熔化潛熱的提高。更高的來(lái)自Si添加的潛熱意味著凝固時(shí)間延長(zhǎng)，并且這改善了通過(guò)例如螺旋型流動(dòng)性試驗(yàn)測(cè)得的流動(dòng)性。已經(jīng)觀察到，在14-16%的Si的范圍中，流動(dòng)性達(dá)到最大值。
[0022]通過(guò)平面凝固前沿來(lái)促進(jìn)進(jìn)料。由此，對(duì)于純金屬或?qū)τ诠簿w而言，進(jìn)料應(yīng)當(dāng)比具有寬凝固范圍和相關(guān)糊狀區(qū)的合金更容易。由該螺旋型流動(dòng)性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Al-Si基合金的流動(dòng)性在共晶組成附近達(dá)到最高。這由兩種相關(guān)的作用導(dǎo)致。首先，Si含量似乎影響了 α-Al枝晶形貌，高Si含量有利于玫瑰狀晶體(rosette)，而低含量有利于典型的α-Al枝晶。通常，玫瑰形α-Al枝晶通過(guò)延緩枝晶相干性和降低枝晶臂之間截留的液體的分?jǐn)?shù)而使進(jìn)料更容易。在高冷卻速率過(guò)程(如永久模鑄和HPDC)中，模具填充更為困難，因?yàn)槟虝r(shí)間減少。但是，由于組成接近共晶，流動(dòng)性提高。結(jié)果，優(yōu)選對(duì)于砂模和熔模鑄造(其固有地具有低冷卻速率)將Si含量控制在5-9%的范圍內(nèi)，對(duì)于永久金屬模鑄造控制在7-10%，對(duì)于HPDCX其往往具有高得多的冷卻速率)控制在8_14%。
[0023]如前面的部分所提到的那樣，添加Mg是為了提高鑄造Al-Si基合金中的抗張強(qiáng)度。盡管如此，當(dāng)Mg含量由0.4%(如在A356中那樣)提高至0.7%(如在A357中那樣)，延性顯著降低，特別是在其中改性合金包含Sr的情況下。添加Mg對(duì)延性的不利影響是更高的基質(zhì)強(qiáng)度與特別是富Fe的JT-Al sF eMg3S i 6金屬間化合物的增加的尺寸和量的組合的結(jié)果。還已發(fā)現(xiàn)Mg添加影響Al+Si共晶結(jié)構(gòu)。接下來(lái)參照?qǐng)D6A至6D，顯示了在具有大約2.1°C/mm的溫度梯度和0.1毫米/秒的生長(zhǎng)速度的穩(wěn)態(tài)凝固下具有不同的Mg添加量的Al-13%S1-0.020%Sr合金的宏觀照片。對(duì)于未添加Mg的合金(Mg=0%，Gl=2.10 °C /mm，R=0.1 mm/s )，該共晶生長(zhǎng)形貌表現(xiàn)為胞狀，如圖6A中所示。該晶胞間距為大約1.7毫米。但是，不同于其它單相合金，該胞狀共晶晶界不是那么直，相反，其具有小的分支，該分支被認(rèn)為涉及與試樣中形成的氣泡的相互作用ο特別參照?qǐng)D6B，當(dāng)向該合金中添加0.35%的Mg(Mg=0.35%，Gl=2.12 °C /mm，R=0.I mm/s)時(shí)，形成柱狀共晶晶粒，這些具有眾所周知(notor1us)的側(cè)面分支，盡管它們并未充分發(fā)展。共晶晶粒的初級(jí)枝晶晶胞尺寸為大約1.8毫米。特別參照?qǐng)D6C，當(dāng)Mg添加量高至0.40%(Mg=0.45%，Gl=2.13°C/mm,R=0.1 mm/s)時(shí)，該共晶晶粒變成具有0.8毫米的平均晶粒尺寸的等軸枝晶。有趣的是，除了試樣邊緣外，微孔隙水平顯著降低。特別參照?qǐng)D6D，當(dāng)向該合金中添加0.6重量％的Mg(Mg=0.60%，Gl=2.08°C/mm，R=0.1 mm/s)時(shí)，可以觀察到定向性晶粒結(jié)構(gòu)特征，這據(jù)信是由于具有大致與熱流相反的生長(zhǎng)方向的的初級(jí)α-Al相的成對(duì)柱狀枝晶導(dǎo)致的，如對(duì)于Al-13%S1-0.020%Sr合金(Mg=0.60%，Gl=2.08°C/mm,R=0.1 mm/s)在圖7A和7B的顯微照片中所顯示的那樣，顯示了不具有枝晶分支的共晶體的微細(xì)等軸晶粒。此外，凝固的試樣幾乎不含有微孔隙。更有趣的是，該共晶結(jié)構(gòu)包括大量具有各種尺寸的小球狀晶粒，平均尺寸為0.1毫米。這些小的等軸共晶晶粒不具有分支，表明大量用于共晶成核的非均相位點(diǎn)已經(jīng)起作用。由此，本發(fā)明人確定，在圖6D的合金的凝固過(guò)程中，α-ΑΙ相的初級(jí)枝晶首先生長(zhǎng)，突出到液體中，隨后大量共晶晶粒連續(xù)成核以形成微細(xì)的等軸共晶晶?；蚓ОＳ杀景l(fā)明人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)所得的上述結(jié)果，他們已經(jīng)推斷，添加Mg在相同的凝固條件下顯著改變了共晶體的成核與生長(zhǎng)。這種Mg對(duì)微結(jié)構(gòu)的影響是有價(jià)值的，在于其提供了鑄造品質(zhì)的證據(jù)，特別是因?yàn)槠渖婕翱紫堵仕健?br>[0024]如上所述，F(xiàn)e是Al合金中的一種重要雜質(zhì)，其與Al、S1、Mg和其它微量成分形成脆的復(fù)雜金屬間化合物。由于這些金屬間化合物嚴(yán)重降低了該合金的拉伸延性，并進(jìn)一步由于它們常常在共晶體的凝固過(guò)程中形成，它們通過(guò)干擾枝晶間進(jìn)料來(lái)影響可鑄性，這又導(dǎo)致了對(duì)孔隙率的促進(jìn)。最常觀察到的富Fe化合物是Al5FeSiW-相)，通常在Al-Al5FeS1-Si共晶體中以散布硅薄片或纖維的薄片晶形式存在。如果存在Mn，則Fe形成Al15(Fe，Mn)3Si2(α-相) ， 通常為漢字形狀 。同樣 ，如果有充足的 Mg 可用，則形成化合物Al8FeMg3Si6(31-相)，如果其在共晶反應(yīng)過(guò)程中形成的話，其具有漢字狀外觀，或者如果其作為初級(jí)沉淀物從液體中形成的話，其具有球狀外觀?？焖倌碳?xì)化了 Fe金屬間化合物，并且由此，F(xiàn)e的影響程度取決于該鑄造中的凝固速率。
[0025]除了可鑄性問(wèn)題外，這些富Fe金屬間化合物通常對(duì)耐腐蝕性不利，因?yàn)樗鼈儤?gòu)成陰極(cathode pole)(即惰性或高電勢(shì)組件(noble component of the electricalpotential))。與其它富Fe金屬間化合物如α-Α115(Fe ,Mn)3Si2和:π- AlsFeMg3Si6相比，β_Al5FeSi因其高的高電勢(shì)而對(duì)耐腐蝕性更加不利。該合金中高于1.5重量％的提高的Cu含量增加了高電勢(shì)(noble)Al2Cu相的量，有利于Cu溶解到a-Al15(Fe，Mn)3Si2中。這使得Q-Al15(Fe，Mn)3Si2金屬間化合物的電勢(shì)甚至更高，導(dǎo)致耐腐蝕性降低。
[0026]該P(yáng)-Al5FeSi富Fe化合物的減少和消除可以通過(guò)控制Mn/Fe比和Mn+Fe的總量來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一種優(yōu)選形式中，對(duì)于大多數(shù)鑄造組件，Mn/Fe比高于0.5，優(yōu)選高于1.0或更高，并且對(duì)于通過(guò)HPDC制得的組件，上限為3.0或更低。同樣，Mn+Fe的總量應(yīng)控制在0.4至1.0的范圍內(nèi)以便盡量減少粘模和富Fe金屬間化合物對(duì)材料延性的不利影響，優(yōu)選的量為0.4至0.6%。
[0027]高Fe含量(高達(dá)約0.8重量％)可以用于金屬模鑄(包括HPDC)以避免熱撕裂和粘模問(wèn)題，而較低的Fe含量(小于0.5重量％)應(yīng)當(dāng)用于其它鑄造方法。在Fe的存在下，Mn含量可以保持在一定水平以產(chǎn)生大于0.3的Mn/Fe比，如上所述優(yōu)選的比率大于0.5。
[0028]接下來(lái)參照?qǐng)D8A、8B至10，通常在再生鋁鑄造合金中(且特別是319)，Zn僅作為可接受的雜質(zhì)元素存在，其中Zn的上限如果不超過(guò)大約3重量％，則通常認(rèn)為是允許的。雖然通常認(rèn)為Zn傾向?yàn)橹行?也就是說(shuō)，既不提高也不損害合金的性質(zhì))，但本發(fā)明人認(rèn)為，Zn不僅影響合金的熱性質(zhì)和物理性質(zhì)，還影響可鑄性和鑄造品質(zhì)。具體而言，本發(fā)明人相信，增加的Zn提高了該合金的凝固范圍和糊狀區(qū)的大小，并由此導(dǎo)致在凝固過(guò)程中收縮的傾向，如圖8A和SB中樣品管的坍塌和收縮SC、宏觀收縮Smac和微觀收縮Smic所顯示的那樣。增加的Zn還提高了合金密度，且降低了液體表面張力和比熱，如圖9A至9C中所示。結(jié)果，增加的Zn不僅降低了合金表面向砂芯的熱釋放(在砂模鑄造的情況下)，還有助于趕走氣泡(如果形成氣泡的話)。
[0029]接下來(lái)參照?qǐng)D1IA和IIB，存在最佳的Zn含量(具體而言，大約0.4重量％)，在此處可以實(shí)現(xiàn)低砂芯氣泡和縮松(作為流動(dòng)性測(cè)得)之間的良好平衡。特別地，圖1lA顯示了用兩種不同的319合金測(cè)試的兩個(gè)螺旋型流動(dòng)性樣品，一種具有低Zn含量，另一種具有高Zn含量。通常，更長(zhǎng)的螺旋對(duì)應(yīng)于更高的流動(dòng)性。更高Zn的合金(其對(duì)應(yīng)于圖1lA中底部的樣品)顯示更長(zhǎng)的螺旋。當(dāng)然，如果砂芯氣泡是生產(chǎn)中唯一的問(wèn)題(通常在用于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體的精密砂模鑄造和用于具有化學(xué)粘接砂芯的氣缸蓋的半永久模鑄中)的話，推薦高Zn含量(具體而言，大于0.5但小于0.8重量％)。同樣，當(dāng)縮孔是要解決的唯一或主要問(wèn)題時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用低Zn含量(小于0.2重量％，且優(yōu)選小于0.1重量％)。當(dāng)砂芯氣泡和縮孔均存在時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮最佳的Zn含量(例如大約0.4重量％)。這一邏輯也適用于含有Cu和相對(duì)高的鐵含量(即大于0.5%)的其它Al-Si合金(其已知具有更高的收縮傾向)。這些包括鋁合金308、328、332、333和339。為了促進(jìn)時(shí)效過(guò)程(如用于HPDC的時(shí)效過(guò)程，其中通常僅應(yīng)用T5處理)，Zn濃度應(yīng)保持不低于0.5重量％。因此，高流動(dòng)性合金可以容易地填充具有復(fù)雜形狀的鑄件，即使采用低澆注溫度。這在促進(jìn)短鑄模填充時(shí)間方面是有益的，并且減少了芯氣體滲透到液體金屬中的時(shí)間。
[0030]再生鑄造鋁合金還可以含有一種或多種痕量元素如Zr、V、Mo或Co作為鋁合金中的雜質(zhì)。該痕量元素的含量應(yīng)控制低于0.2重量％。本發(fā)明人相信，雖然以小于0.2%的量存在這些痕量元素對(duì)于高溫性質(zhì)可能是有益的，如果該濃度變得過(guò)高，則合金會(huì)導(dǎo)致不合意的低水平的熱導(dǎo)率、延性和韌性。
[0031]當(dāng)在該合金中存在高Si含量(7%至14%，特別是10%至14%)時(shí)，應(yīng)當(dāng)將Sr添加到該合金中，對(duì)于亞共晶合金(即小于12%的Si)優(yōu)選含量為0.01-0.02重量％，對(duì)于過(guò)共晶合金(即大于12%的Si )優(yōu)選含量為0.04-0.05重量％。改變的Si形貌可以改善原材料的延性和斷裂韌性。還建議細(xì)化初級(jí)鋁枝晶晶粒和共晶(Al-Si)晶粒以改善可鑄性和耐腐蝕性。為此，對(duì)于亞共晶體，該合金中的Ti和B含量應(yīng)分別保持高于0.15重量%和0.005重量％，而對(duì)于其中存在大約12-14%的Si的近共晶合金，Sr和B含量應(yīng)分別控制在大約0.04至大約0.05%和大約0.025% 至大約 0.03%。
[0032]顯著地，生產(chǎn)再生鋁將需要在各種再循環(huán)、熔融、鑄造和鑄造后步驟過(guò)程中利用頻繁地測(cè)量或分析(如通過(guò)化學(xué)分析一一如上面提到的ICP—一和圖像分析)該合金的組成以確定合金強(qiáng)化成分(如上述的Cu和Mg)、合金可鑄性成分(如上述Cu、S1、Mg、Fe、Mn、Zr和痕量的其它元素如Zr、V、Mo和Co)以及共晶晶粒改性劑(如上述的Sr)的濃度是否在根據(jù)制造的組件而預(yù)先確定的容限內(nèi)。此外，可能有利的是使由再生原材料產(chǎn)生的液體材料過(guò)熱(例如如上所述在高達(dá)100tC下15至30分鐘)。同樣，到了這些元素或相關(guān)成分的一種或多種可能污染該合金的程度，重要的是分析再生材料的樣品以確定是否保持這些嚴(yán)格的容限。在一種形式中，圖像分析儀(也稱為圖像分析系統(tǒng)，如圖12中所顯示)可用于以與由此類材料鑄造的組件的設(shè)計(jì)需要相稱的方式確保該再生鋁合金在預(yù)先確定的成分組成中。該圖像分析儀為計(jì)算機(jī)化視覺(jué)系統(tǒng)I的形式，配置該系統(tǒng)以執(zhí)行量化材料成分、微結(jié)構(gòu)等等所必需的數(shù)據(jù)采集、分析和操作。系統(tǒng)I包括計(jì)算機(jī)10或相關(guān)數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其包括處理單元11(其可以為一個(gè)或多個(gè)微處理器或相關(guān)處理裝置的形式)，一個(gè)或多個(gè)用于信息輸入的機(jī)械裝置12(包括鍵盤、鼠標(biāo)或其它設(shè)備，如語(yǔ)音識(shí)別接收器(未顯示))，以及一個(gè)或多個(gè)加載器13(其可以為磁或光存儲(chǔ)器的形式，或⑶、DVD、USB端口等等形式的相關(guān)存儲(chǔ)器)，一個(gè)或多個(gè)顯示器屏幕或相關(guān)信息輸出端14，存儲(chǔ)器15和計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置(未顯示)以處理至少一部分與該鋁合金相關(guān)的接收信息。如本領(lǐng)域技術(shù)人員要理解的那樣，存儲(chǔ)器15可以是隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM，也稱為大容量存儲(chǔ)器，其可用于臨時(shí)儲(chǔ)存數(shù)據(jù))和只讀存儲(chǔ)器(ROM)形式的指令存儲(chǔ)存儲(chǔ)器。除了未顯示的其它輸入形式之外(如通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或相關(guān)連接到外部數(shù)據(jù)來(lái)源)，加載器13可以用作將數(shù)據(jù)或程序指令由一個(gè)計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)(如閃存驅(qū)動(dòng)器或前述CD、DVD或相關(guān)介質(zhì))加載至另一個(gè)(如存儲(chǔ)器15)的途徑。如本領(lǐng)域技術(shù)人員要理解的那樣，計(jì)算機(jī)10可以作為自主的(即獨(dú)立的)單元存在，或可以是更大的網(wǎng)絡(luò)的一部分，如云計(jì)算中遇到的那些，其中各種計(jì)算、軟件、數(shù)據(jù)存取和存儲(chǔ)服務(wù)可以駐留在不同的物理位置。計(jì)算資源的這種分離不影響將這樣的系統(tǒng)歸類為計(jì)算機(jī)。
[0033]在一種特殊形式中，含有分析合金成分所需的算法和公式的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼可以加載到作為存儲(chǔ)器15的一部分的ROM中。此類計(jì)算機(jī)可讀程序代碼還可以作為制造制品的一部分形成，以使得該代碼中包含的指令位于可讀磁盤或可讀光盤或其它相關(guān)的非臨時(shí)性、機(jī)械可讀介質(zhì)如閃存設(shè)備、CD、DVD、EEPR0M、軟盤或能夠儲(chǔ)存機(jī)器可執(zhí)行指令和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的其它此類介質(zhì)上。這樣的介質(zhì)能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)10或具有處理單元11 (所述處理單元11用于翻譯來(lái)自該計(jì)算機(jī)可讀程序代碼的指令)的其它電子設(shè)備來(lái)訪問(wèn)。如計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解的那樣，構(gòu)成圖像分析系統(tǒng)I的一部分的計(jì)算機(jī)10可以附加地包括額外的芯片組，以及用于在處理單元11和其它裝置(如前述輸入端、輸出端和存儲(chǔ)器裝置)之間傳送數(shù)據(jù)和相關(guān)信息的總線和相關(guān)布線。在已經(jīng)將該程序代碼裝置裝載到ROM中時(shí)，系統(tǒng)I的計(jì)算機(jī)10成為配置成以本文中所述方式確定鑄造組件的元素組成的具有特定用途的機(jī)器。在另一方面，系統(tǒng)I可以僅僅是指令碼(包括各種程序模塊(未顯示)的指令碼)，而在又一方面，系統(tǒng)I可以同時(shí)包括指令碼和計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，如上文提到的那些。
[0034]本領(lǐng)域技術(shù)人員還要理解的是，除了在輸入端12中所描述的手工輸入方法之外，還存在接收數(shù)據(jù)和相關(guān)信息的其它方法(尤其在其中輸入大量數(shù)據(jù)的情況下)，并且用于提供此類數(shù)據(jù)以允許處理單元11對(duì)其進(jìn)行操作的任何常規(guī)裝置在本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，輸入端12還可以為高吞吐量數(shù)據(jù)線形式(包括上面提到的互聯(lián)網(wǎng)連接)以便將大量代碼、輸入數(shù)據(jù)或其它信息接收到存儲(chǔ)器15中。信息輸出端14經(jīng)配置以向使用者(例如當(dāng)信息輸出端14為所示的屏幕形式時(shí))或向另一程序或模塊傳送涉及所需鑄造方法的信息。本領(lǐng)域技術(shù)人員同樣要理解的是，與輸入端12和輸出端14相關(guān)的特征可以結(jié)合到單一功能單元中，如圖形用戶界面(GUI)。
[0035]該IA系統(tǒng)I用于從圖像5中提取信息，特別是使用金相技術(shù)獲得該鑄件樣品或相關(guān)材料試樣的圖像。從準(zhǔn)備(例如拋光)金相樣品開始，顯微鏡20或相關(guān)掃描儀或視覺(jué)采集設(shè)備用于在輸出端14上放大和顯示由攝像機(jī)30捕獲的圖像5。通常，通過(guò)使用電控載物臺(tái)40和載物臺(tái)模式(stage pattern)50捕獲許多圖像5。隨后在構(gòu)成圖像分析軟件(圖像分析軟件可儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器15或其它合適的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中)的基于計(jì)算機(jī)的程序或算法60(以用戶可讀形式顯示在顯示器上)中對(duì)這些數(shù)字化圖像5進(jìn)行灰度閾值化。載物臺(tái)控制器70(其使用操縱桿狀控制)可用于通過(guò)三維(笛卡爾坐標(biāo))系列的x、y和z(焦點(diǎn))載物臺(tái)運(yùn)動(dòng)在顯微鏡20中將材料樣品的顯微照片由一個(gè)場(chǎng)移動(dòng)至另一個(gè)場(chǎng)。這使得能夠移動(dòng)穿過(guò)載物臺(tái)模式50以允許在整個(gè)樣品上分析多個(gè)場(chǎng)。該自動(dòng)化載物臺(tái)模式50—一其包括自動(dòng)對(duì)焦功能一一能夠在短時(shí)間內(nèi)捕獲大量數(shù)據(jù)。載物臺(tái)控制器70的操縱桿能夠在通過(guò)顯微鏡20的目鏡觀察樣品的同時(shí)移動(dòng)該載物臺(tái)，以幫助在其上進(jìn)行本發(fā)明的分析的特定區(qū)域的選擇。
[0036]除了分析之外，根據(jù)所制得的合金的預(yù)期最終用途，制造再生鋁將需要利用熔融或再循環(huán)步驟過(guò)程中按需添加或調(diào)節(jié)合金組成?？梢酝ㄟ^(guò)添加初級(jí)再循環(huán)合金成分或預(yù)先制造的母合金來(lái)進(jìn)行附加調(diào)節(jié)。在一種形式中，從該IA系統(tǒng)I搜集的成分信息可用于確定在該合金鑄造或相關(guān)制備步驟中需要包含怎樣的添加劑(以及以怎樣的量)。
[0037]至少在以生產(chǎn)為基礎(chǔ)的環(huán)境中，本發(fā)明人相信具有ICP的譜儀是分析組成的優(yōu)選方式，這在其中使用再生鋁合金的情況下將是特別有益的，因?yàn)樵诔跎辖鹬写嬖诘钠胀ㄔ牧系钠焚|(zhì)控制可能無(wú)法使用或并不那么靈敏。這種方法特別適于識(shí)別以極低濃度存在的成分金屬。在一種形式中，可以用ICP識(shí)別低至千萬(wàn)億分之一的濃度。
[0038]要注意的是，類似“優(yōu)選”、“普遍”和“通?！钡男g(shù)語(yǔ)在本文中不用于限制所要求保護(hù)的發(fā)明的范圍或暗示某些特征對(duì)所要求保護(hù)的發(fā)明的結(jié)構(gòu)或功能是關(guān)鍵的、必要的或甚至重要的。相反，這些術(shù)語(yǔ)僅意在突出在本發(fā)明的特定實(shí)施方案中可能采用或不采用的替代或附加特征。同樣地，諸如“基本上”的術(shù)語(yǔ)用于表示可能歸因于任何定量比較、值、測(cè)量或其它表示法的不確定性的固有程度。其還用于表示定量表示法由規(guī)定的參考值變化而不改變所述主題的基本功能的程度。
[0039]已經(jīng)參照其特定實(shí)施方案詳細(xì)地描述了本發(fā)明，明顯的是，有可能在不離開所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍的情況下進(jìn)行修改和變化。更具體而言，盡管本發(fā)明的某些方面在本文中被確定為優(yōu)選的或特別有利的，但是預(yù)期本發(fā)明不一定限于本發(fā)明的這些優(yōu)選方面。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基本由按重量計(jì)大約5至14%的硅、O至1.5%的銅、0.2至0.55%的鎂、0.2至I.2%的鐵、0.1至0.6%的錳、O至0.5%的鎳、O至0.8%的鋅、O至0.2%的選自基本由鈦、錯(cuò)、銀、鉬和鈷組成的組的其它痕量元素和余量的鋁的原材料組成的鋁合金，其中至少一部分的所述余量的鋁包含再生鋁。2.權(quán)利要求1的鋁合金，其中至少大部分的所述余量的鋁包含再生鋁。3.權(quán)利要求1的鋁合金，其中基本全部的所述余量的鋁包含再生鋁。4.權(quán)利要求1的鋁合金，其中所述硅為按重量計(jì)大約5至8%，所述銅為按重量計(jì)大約O至1.0%，所述鎂為按重量計(jì)大約0.2至0.4%，所述鐵為按重量計(jì)不超過(guò)大約0.4%，所述錳為按重量計(jì)大約O至0.2%，所述鎳為按重量計(jì)大約O至0.2%并且所述鋅為按重量計(jì)大約O至0.3%。5.權(quán)利要求1的鋁合金，其中所述硅為按重量計(jì)大約8至14%，所述銅為按重量計(jì)大約1.0至1.5%，所述鎂為按重量計(jì)大約0.4至0.55%，所述鐵為按重量計(jì)不超過(guò)大約0.8%，所述錳為按重量計(jì)大約O至0.3%，所述鎳為按重量計(jì)大約O至0.5%并且所述鋅為按重量計(jì)大約O至0.5%。6.權(quán)利要求1的鋁合金，其中所述銅和所述鎂按重量計(jì)分別低于大約0.5%和0.2%。7.形成鑄造汽車組件的方法，所述方法包括: 加熱一定量的原材料，其至少一部分包含再生原材料，直到其至少相當(dāng)大部分熔融以變成按重量計(jì)大約5至14%的硅、O至1.5%的銅、0.2至0.55%的鎂、0.2至1.2%的鐵、0.1至0.6%的錳、O至0.5%的鎳、?至0.8%的鋅、O至0.2%的選自基本由鈦、鋯、釩、鉬和鈷組成的組的其它痕量元素和余量的招; 將所述加熱量的原材料置于基本限定所述組件的形狀的模具中；和 冷卻所述熔融量的原材料。8.權(quán)利要求7的方法，進(jìn)一步包括: 確定是否存在至少一種合金成分在容限內(nèi)；和 調(diào)節(jié)至少一種在所述容限之外的所述合金成分的量。9.權(quán)利要求7的方法，其中所述組件選自發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體和氣缸蓋。10.權(quán)利要求9的方法，其中所述鋁合金包含高延性合金或高疲勞強(qiáng)度合金的至少一種，其中所述硅為按重量計(jì)大約5至8%，所述銅為按重量計(jì)大約O至1.0%，所述鎂為按重量計(jì)大約0.2至0.4%，所述鐵為按重量計(jì)不超過(guò)大約0.4%，所述錳為按重量計(jì)大約O至0.2%，所述鎳為按重量計(jì)大約O至0.2%并且所述鋅為按重量計(jì)大約O至0.3%。
【文檔編號(hào)】C22C21/02GK105925856SQ201610107318
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年2月26日
【發(fā)明人】Q.王, J.R.特勞布, M.J.沃克, A.K.薩赫德夫
【申請(qǐng)人】通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司